化学動力学を用いた触媒反応過程に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12042243
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 吉澤 一成 九州大学, 有機化学基礎研究センター, 教授 (30273486)
• キーワード: 密度汎関数法 / 化学動力学 / メタンモノオキシゲナーゼ / シトクロームP450 / 触媒 / 酵素

研究概要

本研究では、触媒反応や酵素反応に関して密度汎関数法を用いて化学動力学的研究を行った。具体的には以下の研究を行った。
アルカンを常温常圧でアルコールに変換するシトクロームP450とメタンモノオキシゲナーゼは、それぞれヘム活性サイトと非ヘム鉄2核活性サイトを有する。これらの酵素の構造と反応性を解明するために、密度汎関数法を用いた理論的解析を行った。その結果アルカンから水素引き抜きが起こり、中間体を経て最終的にアルコールを含む鉄錯体を形成することを明らかにした。これらの反応機構は気相中で起こる裸の鉄オキソ種とメタンとの反応機構から得られる知見と一致する。さらにシトクロームP450の反応について化学動力学数法を用いた理論的解析を行った。とくに反応座標に沿って微少な運動量を分子系に与えたときにどの程度の時間で素反応が進行するかを明らかにし、ラジカルクロック実験によって求められているラジカル寿命との関連について考察を行った。
理論化学の立場から酵素機能の解明を行う研究はこれまでにあまりなされていなかったが、本研究で理論化学的手法がこの種の反応機構研究の主力となりうることを示したことは意義深いと思われる。

研究成果

• [文献書誌] K.Yoshizawa: "A Theoretical Study of the dynamic behavior of alkane hydroxylation of a compound I model of cytochrome P450"J. Am. Chem. Soc.. 123. 9806-9816 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshizawa: "Regioselectivity in 2-methylbutane hydroxylation mediated by FeO^+ and FeO^<2+>"Organometallics. 20. 1397-1407 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshizawa: "A theoretical study of alcohol oxidation by ferrate"J.Org.Chem.. 66. 4122-4131 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshizawa: "A cluster model study of the electron-phonon interaction in magnesium diborate"J.Chem.Phys.. 115. 7344-7347 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshizawa: "Role of molecular distortions in the spin-orbit coupling between the singlet and triplet states of the 4π systems"J.Chem.Phys.. 115. 9243-9254 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshizawa: "Mechanism for the H_2CO to HCOOH and the HCOOH to CO_2 conversion by an Iron-Oxo Species"J.Phys.Chem.A. 106. 621-630 (2002)
• [文献書誌] 吉澤一成: "有機量子化学"朝倉書店. 181 (2001)